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前缘带光滑霜冰的NACA0012翼型表面声学特性计算肖春华; 姜裕标; 李明【期刊名称】《《空气动力学学报》》【年(卷),期】2019(037)006【总页数】8页(P1011-1018)【关键词】计算; 气动噪声; 结冰; 翼型; 分离【作者】肖春华; 姜裕标; 李明【作者单位】中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000; 中国空气动力研究与发展中心飞行器结冰与防除冰重点实验室四川绵阳621000【正文语种】中文【中图分类】V211.30 引言当飞机飞过存在结冰气象条件的大气云层时，通常飞机表面，特别是机翼、尾翼等部件，迎风面易发生结冰的现象[1-2]。
结冰改变了飞机空气动力表面外形，使飞机的空气动力性能和稳定性能下降，严重影响飞行安全[3-5]。
20世纪20年代[2]起，研究人员就开始了相关的研究工作。
空气动力表面外形的改变，也会导致气动噪声特性的变化。
但是，目前结冰对飞机部件、风力机叶片声学特性影响的研究工作还未见公开报道。
与结冰类似，风扇叶片或者空调导向叶片一旦积尘，其发出的声音也将会有明显变化。
主要原因是，积聚的灰尘改变了风扇叶片或者导向叶片的外形，改变了流道的外形，改变了流道内的速度分布和流动结构，从而导致了声学特性的变化。
另外，流动部件表面粗糙度也对声学特性有影响，表面粗糙度尤其是大尺度的粗糙度，也相当于流动部件表面外形或表面特征发生了改变，势必影响流动噪声的形成和发展。
针对风扇叶片积尘和表面粗糙度对声学特性的影响，研究人员开展了一些很有价值的工作[6-9]。
实际上飞机部件结冰、风力机叶片结冰、风扇叶片积尘、流动部件的粗糙度引起的噪声变化[10]，均属于气动噪声的领域。
通过结冰翼型的噪声变化规律，逆向推断出是否结冰以及结冰的严重性，可以建立一种基于结冰翼型表面声学参数变化的新型结冰探测方法，辅助提高飞机、风力机等结冰探测[11]的准确性和可靠性,探索结冰和气动噪声之间的关系很有价值和意义。
A VHRR传感器综述1 A VHRR的起源与发展1960年4月1日，美国发射了第一颗极轨气象卫星“泰罗斯-1号”（TIROS-1，电视红外观测卫星），利用电视摄像技术首次获得了显示大尺度天气系统特征的完整的卫星云图。
截至1965年7月2日，美国总共发射了10颗实验性泰罗斯卫星。
紧接着泰罗斯系列实验卫星的是9颗泰罗斯系列业务卫星“托斯”（TOS），这些卫星于1966到1969年间发射，命名为“艾萨”（ESSA，环境探测卫星）。
这是第一代气象卫星。
继“艾萨”之后，美国宣布发展改进的“托斯”系列，该极轨系列包含6颗卫星（ITOS-1，NOAA-1~5），首次在同一颗卫星上实现了全球覆盖资料的收集和自动云图传输[1]。
这是第二代气象卫星。
目前运行的卫星是从1978年起投入运行的第三代业务卫星TIROS/ NOAA系列。
从ROS-N和NOAA -7到正在运行的NOAA-18都携带了本文将介绍的甚高分辨率辐射计（A VHRR，The Advanced Very High Resolution Radiometer）传感器。
该传感器的主要变化是采用全数字式系统代替了模拟信号系统。
目前的A VHRR数据是在空间平台上数字化后发送到地面上的。
此外，A VHRR传感器还增加了另一个红外波以便在计算海面温度时纠正水蒸气的影响[2]。
NOAA卫星的轨道是接近正圆的太阳同步轨道，轨道高度为870km及833km，轨道倾角为98.9°和98.7°，周期为101.4分。
NOAA卫星的应用目的是日常的气象业务，平时有两颗卫星在运行。
由于用一个卫星每天至少可以对地面同一地区进行2次观测，所以两颗卫星就可以进行4次以上的观测。
2 A VHRR简介A VHRR的前身是扫描辐射仪SR，于1970年在ITOS上运行，SR只有8km的地空间分辨率和相当低的辐射记录精度。
VHRR是其改进型，与SR同时运行了一段时间后就被A VHRR 取代。
序号项目名称项目组长组员一组员二组员三组员四指导教师立项级别院系奖项1管材局部加热局部胀形新方法及专用装置王志彪梁峰龙建周郭凤梅何祝斌校级材料一等2超薄金相试样外圆切割片（切割片厚度0.6-1mm）张宝为陈静怡郑新海常帅王悦韩兆祥校级材料一等3Fe@SiO2(TiO2)纳米复合材料的制备方法及吸波收性能研付立顺徐镭李晓鹏李昕甄良国家级材料一等4水面漂浮物自动清理机器人鲍陈磊于一帆陈姝妍刘冰雷呈喜国家级电气一等5基于SOPC的无位置传感器直流无刷电动机远程监控系统顾春阳万鹏陈宇刘冰杨春玲国家级电气一等6基于电磁超声的列车轮对踏面缺陷在线监测装置米武军刘宝泉袁鹏冯剑钊王淑娟国家级电气一等7射频实验系统新型天线小型化的研究史雨薇李忻媛李威蔚苟元潇傅佳辉国家级电信一等8碳纳米管天线在THz波段的辐射特性研究吴迪徐舒凝吕镇基袭向明吴群国家级电信一等9基于形状记忆聚合物的盲人读写用具的研制徐燕意柯慧彬王名川任书楠冷劲松校级航天一等10以非晶金刚石为增频衬底的高频薄膜声表面波器件的研究党禹李洒王君王赛朱嘉琦国家级航天一等11PBO纤维与碳纤维混杂加固修补混凝土实验研究屈慕超梁希凤张煜梓张春华国家级化工一等12纳米硫化物光催化剂的制备改性及分解水制氢性能申造宇王旭周安坤陈刚国家级化学一等13以导电陶瓷粉研制光敏固化导电胶李佳龙徐晶晶米南王位庞旭郝素娥国家级化学一等14模块化多功能灾害救援机器人李路张晨锋王清川张锋宋宝玉国家级机电一等15自适应活叶风光互补垂直轴风力发电机支钞李中杰罗亮亮章思龙张洋洋曲建俊国家级机电一等16小型多功能飞艇杜昊任伟古田吕文斌古乐校级机电一等17虚拟细胞仿实验真平台的设计与开发罗学敏张焜张永辉唐国华胡燊王宽全国家级计算机一等18援助城市特殊人群的多功能爱心小屋可拓设计研究邹韵朱道远王如菲王宇彤林建群校级建筑一等19汽轮机轴系故障诊断算法开发朱鹏飞曾辉胡清华校级能源一等20压敏水泥基传感元件机器智能混凝土构件王春圆李兆杨金鑫张书强韩宝国国家级土木一等21基于微弧放电的铝合金结构表面绿色现场修复新工艺研究韩晓东田原吴骋捷刘伟涛王亚明国家级材料二等22稀土掺杂CaTiO3纳米粉体的制备及其上转换性能研究李宇龙孙帆李丽萍陈向群校级材料二等23激光焊接保护气喷嘴的改进张澐龙贺晓斌陈彦宾校级材料二等序号项目名称项目组长组员一组员二组员三组员四指导教师立项级别院系奖项24一维碳化硅纳米材料的制备王声函李锋马飞翔黄小萧校级材料二等25管材胀形性能专用测试系统的研究孙毅赵龙磨安祥张斐然何祝斌国家级材料二等26T型接头激光-电阻同步符合焊接新方法王群潘海博王征征雷正龙国家级材料二等27基于无线通信的电梯节能化运行控制系统的研制王帅齐云松永亮张淼魏国国家级测控二等28宽电压范围太阳能在线式不间断电源李贺龙俞雁飞王勋吴凤江国家级电气二等29新型精密测厚仪张晓辉李冰黄超宫佳鹏王淑娟校级电气二等30基于反电势检测转子位置无刷直流电机控制的研究郭庆波倪天刘奇杜鹏吴红星校级电气二等31简易航模飞机自动滚转平衡控制系统 何明捷杜雷雨吴昊张宇航李延泽校级电信二等32基于光强调制的接触式光纤位移传感器设计孙乃迪刘原野张晔宋宁宁刘丽华校级航天二等33基于无线传感器网络的智能交通信号灯系统的设计王东哲李杨柳泓阳马月超刘晓为国家级航天二等34基于ZigBee无线传输技术远程控制多终端智能运输机器人张日东王一博钟楠苗勃然张坤王强国家级航天二等35利用智能材料实现波浪发电的装置研究焦阳赵林建陈科文刘彦菊国家级航天二等36微纳卫星热控/姿控一体化系统设计及实验研究司君田单晓微黄荣刘润兵张世杰校级航天二等37光子晶体新型热控薄膜的制备及表征魏华张霄楠刘峰李垚国家级航天二等38基于氧化还原蛋白质直接电化学的生物传感器研究严鹏丽程鹏吕澄贾铮校级化工二等39尺寸和形貌可控AgPb 10SbTe 12的合成及其热电性能研究王琳冷先勇陈大宏孟祥彬陈刚国家级化学二等40导电聚合物纳米复合材料的制备及性能研究周东华李颜海 唐福光郝迪韩喜江国家级化学二等41低温制备高分子杂化无机纳米材料及其光电化学性质研究陈飞刘磊胡宜栋齐荣王靖宇校级化学二等42利用光催化氧化技术处理染料废水苏丹唐宇攀牟辰中王靖宇国家级化学二等43异常地形救灾机器人---多功能“轮足式”机器人肖勇郭冬妮李俊隋明圆陈明校级机电二等44便携式雷达吴龙生林光模高启威吴振广陈明校级机电二等45公寓夜间防火自动搜寻机器人洪浛檁杨帆高庆彬詹军成张勇校级机电二等46图像采集钻探收集三位一体机器人于天宇王龙张建林世瑶姜三勇校级机电二等47凝冰路面冻融损坏检测设备研制蓝天云郭猛欧阳剑刘彦孙嵘蓉谭忆秋校级交通二等序号项目名称项目组长组员一组员二组员三组员四指导教师立项级别院系奖项48氢氩等离子体特殊光谱发射现象的研究杨彧鑫乔增熙陈琦刘维维栾伯晗国家级能源二等49添加生物质气化气的选择性自动催化还原技术王启志卢银盛苏俊伟郭浩然刘辉校级能源二等50由废水中提取木质素制备活性炭窦庆男钟铭高靖雯彭厦李欣国家级市政二等51多功能小型实验室废水处理机的设计与研究赵伟刘晓宾刘子发杨明磊刘铁峰孙丽欣校级市政二等52基于复杂钢结构无损探伤的超声线阵换能器的研制王文韬张建亮徐国洲罗福平单宝华校级土木二等53用于数据记录仪数据保护的高性能绝热材料体系研究曲抒旋包成和日董芸松孙湛张东兴校级材料三等54可埋入混凝土氯离子传感器的研制于志亮赵洪政李风泉王慧王曾全高小建校级材料三等55学生公寓照明系统的节能方案王忱夏新源蒋晓光霍炬校级测控三等56开放式实验室管理系统吕志丰姜浩黄贺林光模贾瑞张继梅校级电气三等57超磁致伸缩执行器驱动电源张子娇覃默解惠盛李立毅校级电气三等58随身物品防遗失警报装置的设计与实验李炯卉邸巾超钱彬黄冠龙张喆 校级电信三等59基于共面波导左手介质传输线的研究杨真一黄帅刘毅赵舒汪帆傅佳辉校级电信三等60无线充电器马英武沈羿禹葛印超徐磊李延泽校级电信三等61安乐死合法化问题的实证研究李江峰王研李运辰刘李明校级法学院三等62黑龙江省绿色建筑评价指标体系研究修雨泽及炜煜李明亮洪羽明刘先明王要武国家级管理三等63水工纳米混凝土抗渗性能研究杨津漆道海蔡文文邹超英 郑秀华国家级管理三等64飞行物体的探测和轨迹瞄准研究孙益丰冯佳徐少雄李琪何皓王喜斌校级航天三等65镁合金表面原位构筑生物活性梯度涂层张晓磊赵剑蓝立高姚忠平校级化工三等66AZ91D镁合金表面化学镀镍工艺研究杨炜婧赵彦彪袁伟坚潘通安茂忠校级化工三等67高效抗寒防水帐篷保温新涂料的探索实验研究范曾宋乐颖张隆魏华赵九蓬国家级化工三等68新型可控水溶性高分子载药膜材料的研制姚宇环岳利培崔莹刘发堂胡桢校级化工三等69基于声悬浮效应的超声波离合器研制霍斌吴警李海涛郭一澎曲建俊国家级机电三等70远程光学振动传感装置吴凡于济洲韩松峰赵远校级基础学部三等序号项目名称项目组长组员一组员二组员三组员四指导教师立项级别院系奖项71新型LED散热结构设计 赵鑫田艳红校级基础学部三等72基于草图的图形检索李雪高寒张成陈盛刘绍辉校级计算机三等73企业级网络内容监管系统张永胜陈贺张伟哲校级计算机三等74会“说话”的图片刘志杨赫吴锐校级计算机三等75三维虚拟学生公寓的设计与实现林琪冯浩张宏王晨校级媒体系三等76基于活性（半）焦的可资源化烟气脱硫技术研究孙飞张敏李阳秦裕琨高继慧国家级能源三等77土壤有效导热系数及地下水流速测试装置的研制何壮睿牛臣基方兴李炳熙国家级能源三等78基于红外测温技术的智能室内温控系统牛春洋葛衍明庞永超王小继阮立明校级能源三等79发动机纳米流体冷却系统优化设计彭稳根刘志远陈广亮何玉荣校级能源三等80涡轮叶片冷却结构参数化设计李勇迟重然肖颖杰李斌黄洪雁校级能源三等81一个新基因的鉴定李凯李露刘洋卢秀清吴琼国家级生命三等82迷你型直饮水紫外消毒器的设计和制作关若曦郭泽冲王文影陈忠林校级市政三等83正渗透海水淡化系统研究朱君涛赵重阳徐智恒张怡马军国家级市政三等84基于菌根生物技术的农业面源污染防治新方法邱天张姣高雪彬王立校级市政三等85基于光催化技术的新型空气净化器郭航杨友强高国瀛陈忠林校级市政三等86冰结构的光线测试技术研究张磊蒋中国宋晓旭李麒麟周智国家级土木三等87全张力体系结构设计及力学性能研究尹弘峰杨丰源刘发军丁思华范峰校级土木三等88恒高温作用下钢管约束混凝土短柱力学性能分析高广燕李利刚孙霖张浩张超东杨华校级土木三等89强度型光纤传感实验平台雷世明余深伟黄金鑫辛丽国家级物理三等90基于随机共振进行弱信号探测的实验研究朱光起丁珂高瑞林孙世卓张宇校级物理三等91超声波导盲装置的研究丁文进侯振东申楠刘世刚校级物理三等92用于直接乙醇固体氧化物燃料电池复合阳极材料研究关成志白阳吕喆校级物理三等序号项目名称项目组长组员一组员二组员三组员四指导教师立项级别院系奖项一等奖20项（材料3项），二等奖32项（材料6项），三等奖40项（材料2项），推荐的11个项目都获奖了。
国家体育场日照非均匀温度效应模拟
马强;沈文爱;陈潘;万华平
【期刊名称】《土木工程与管理学报》
【年(卷),期】2022(39)4
【摘要】在太阳辐射作用下,由于构件间复杂的遮挡关系,大跨空间钢结构的温度场呈非均匀分布。
本文基于空间解析几何关系,实现了构件遮挡情况的判断,并编制了钢板的辐射升温计算程序。
以国家体育场钢结构为研究对象,对构件遮挡类型的判断参数进行了分析,采用ANSYS软件模拟了结构的稳态温度场,对比分析了结构均匀和日照非均匀温度效应。
结果表明,结构日照温度效应呈现非对称和非线性的特点,下弦单元温致应力的变化幅度较上弦单元更大,对结构性能的影响与均匀温度效应相比更为显著。
本文提出了一种实用的结构日照温度场模拟方法,可实现复杂体型大跨空间结构日照温度场及非均匀温度效应的模拟分析。
【总页数】8页(P137-144)
【作者】马强;沈文爱;陈潘;万华平
【作者单位】浙江大学建筑工程学院;华中科技大学土木与水利工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU393.3;TU312.1
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基于红外热像仪测温原理的物体表面发射率计算吴燕燕;罗铁苟;黄杰;郭芳【摘要】被测物体的发射率对红外热像仪测量温度的准确性影响突出.物质表面的发射率不仅取决于物质的内在性质,同时还取决于物质表面的各种物理状态,这些因素使得发射率的测量很复杂.从红外热像接收的有效辐射着手,获得两种计算发射率的方法,这两种方法简单实用.【期刊名称】《直升机技术》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】5页(P25-29)【关键词】红外热像仪;发射率;测量温度【作者】吴燕燕;罗铁苟;黄杰;郭芳【作者单位】中国直升机设计研究所,江西景德镇333001;中国直升机设计研究所,江西景德镇333001;中国直升机设计研究所,江西景德镇333001;中国直升机设计研究所,江西景德镇333001【正文语种】中文【中图分类】TP2190 引言红外热像仪是一种将高于绝对零度物体辐射的不可见表面热转换为可视图像，进而生成热像图和温度值的设备，不仅能获得被测物体表面热场分布的清晰图像，而且还可得出精确的温度测量值。
红外热像仪温度测量的准确性受被测表面的发射率、环境温度、大气温度、大气衰减率、太阳辐射等的影响，其中发射率的影响最为突出。
物质表面的发射率不仅取决于物质的内在性质，同时还取决于物质表面的物理状态、光滑程度等，这些因素使得发射率的测量很复杂，所以如何确定被测表面的发射率已成为红外热像测温技术中的一个主要课题。
根据不同的测量原理，通常将发射率测量方法分为量热法、反射计法、辐射能量法和多波长测量法等，但每种测量方法各有自己的优缺点，测量的对象也不一样，如量热法中的瞬态量热法只能测量导体材料，稳态量热法只能测量全波长半球发射率，不能测量光谱或定向发射率;反射计法中的热腔反射计法不适用于高温测量，激光偏振法只能测量光滑表面的材料发射率。
虽然确定发射率有多种方法，但在实际应用中实现方法比较复杂或费用高。
本文从红外热像接收的有效辐射着手，获得两种计算发射率的方法。
AMSU-A全空辐射率资料同化对台风“天鸽”的预报影响研究张涛; 姜立鹏; 师春香; 周自江【期刊名称】《《大气科学学报》》【年(卷),期】2019(042)005【总页数】10页(P705-714)【关键词】资料同化; 全空辐射率; AMSU-A; 台风; 天鸽【作者】张涛; 姜立鹏; 师春香; 周自江【作者单位】国家气象信息中心北京100081【正文语种】中文近年来,随着卫星遥感技术、同化方法、辐射传输模式、数值模式等方面的不断发展,不同平台不同探测方式的卫星资料同化得到了越来越深入的研究(李刚等,2016a;钟亦鸣等,2016;夏宇等,2018)。
在全球大多数的数值天气预报系统中,卫星资料占据了所有同化资料的90%～95%(Bauer et al.,2010;钟亦鸣等,2016)。
然而由于云和降水的影响,超过75%的卫星资料在质量控制时被剔除掉(官莉和陆文婧,2016;Wang et al.,2018a)。
但这并不意味着这些卫星辐射率资料不重要,而是因为它们在数值模式中的使用存在着一定的难度(李刚等,2016b)。
对于卫星观测资料来说,受到云和降水影响的资料信息很难从主要的观测量(如温度和湿度)中剥离出来(Bauer et al.,2011)。
云和降水的发生发展过程往往显示出一些天气过程的重要动力及热力特征,并且模式在预报过程中也对初始场中云水信息较为敏感。
开展对受云和降水影响的卫星资料的同化研究,实现卫星资料的全空同化,对提高资料同化水平,改善数值天气预报效果尤为重要。
2009年3月以来,SSM/I和地球观测系统高级微波扫描辐射计(AMSR-E)的全空微波辐射数据已经被直接同化到ECMWF的业务4DVar资料同化系统(Bauer et al.,2010;Geer et al.,2010)。
随着通用辐射传输模式(CRTM)和预报模式的改进,NCEP在全空微波辐射同化方面取得很大进展,AMSU-A全空辐射率同化自2016年5月12日开始业务化运行(Zhu et al.,2016)。
第４４卷第８期２０２４年４月生态学报ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．４４，Ｎｏ．８Ａｐｒ．，２０２４基金项目：宁夏自然科学基金重点项目（２０２２ＡＡＣ０２０１１）；国家自然科学基金项目（４１９６７０２７）；宁夏地质局财政项目（ＮＸＣＺ２０２２０２０３）收稿日期：２０２３⁃０７⁃３１；㊀㊀网络出版日期：２０２４⁃０１⁃２９∗通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｄｕｌｔ８０＠ｑｑ．ｃｏｍＤＯＩ：１０．２０１０３／ｊ．ｓｔｘｂ．２０２３０７３１１６４３袁洪艺，杜灵通，乔成龙，王玉霞，薛斌，魏采用，周峰，李明涛．人工灌丛总初级生产力和蒸散对气候变化的响应模拟 以宁夏盐池县荒漠草原区为例．生态学报，２０２４，４４（８）：３５１５⁃３５２４．ＹｕａｎＨＹ，ＤｕＬＴ，ＱｉａｏＣＬ，ＷａｎｇＹＸ，ＸｕｅＢ，ＷｅｉＣＹ，ＺｈｏｕＦ，ＬｉＭＴ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＧＰＰａｎｄＥＴｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｆｏｒｔｈｅｐｌａｎｔｅｄｓｈｒｕｂｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎｄｅｓｅｒｔｓｔｅｐｐｅａｒｅａｏｆＹａｎｃｈｉｃｏｕｎｔｙ，Ｎｉｎｇｘｉａ．ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０２４，４４（８）：３５１５⁃３５２４．人工灌丛总初级生产力和蒸散对气候变化的响应模拟 以宁夏盐池县荒漠草原区为例袁洪艺１，２，杜灵通１，２，∗，乔成龙１，２，王玉霞１，２，薛㊀斌１，２，魏采用３，周㊀峰４，李明涛４１宁夏大学西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地，银川㊀７５００２１２宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，银川㊀７５００２１３宁夏回族自治区遥感调查院，银川㊀７５００２１４宁夏回族自治区矿产地质调查院，银川㊀７５００２１摘要：荒漠草原区人工灌丛生态系统的总初级生产力（ＧＰＰ）和蒸散（ＥＴ）如何响应全球气候变化，不仅是全球变化生态学研究的核心问题，也关乎干旱半干旱风沙区生态建设的可持续性㊂利用参数优化后的生物群区生物地球化学循环（Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ）模型和气象环境驱动数据，考虑不同气候变化情景和未来趋势，模拟了盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统ＧＰＰ和ＥＴ对气候变化的响应㊂结果表明：（１）增温会显著抑制生态系统的ＧＰＰ，大幅度的增温（３ħ）会导致ＧＰＰ急剧下降，但增温对ＥＴ的抑制作用非常微弱；（２）降水是限制ＥＴ变化的重要因素，相对于增温诱发干旱胁迫所引起的ＥＴ小幅下降，降水多寡则更直接地控制着生态系统的ＥＴ大小；（３）中国西北地区未来气候的 暖湿化 趋势和大气ＣＯ２浓度升高会对荒漠草原区人工灌丛生态系统产生综合驱动效应，增强陆地和大气间的碳水交换通量㊂研究成果可为干旱半干旱区应对全球变化及指导地方政府制定生态保护修复政策提供科学依据㊂关键词：人工灌丛生态系统；生物群区生物地球化学循环（Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ）模型；总初级生产力；蒸散；气候变化；盐池县ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＧＰＰａｎｄＥＴｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｆｏｒｔｈｅｐｌａｎｔｅｄｓｈｒｕｂｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎｄｅｓｅｒｔｓｔｅｐｐｅａｒｅａｏｆＹａｎｃｈｉｃｏｕｎｔｙ，ＮｉｎｇｘｉａＹＵＡＮＨｏｎｇｙｉ１，２，ＤＵＬｉｎｇｔｏｎｇ１，２∗，ＱＩＡＯＣｈｅｎｇｌｏｎｇ１，２，ＷＡＮＧＹｕｘｉａ１，２，ＸＵＥＢｉｎ１，２，ＷＥＩＣａｉｙｏｎｇ３，ＺＨＯＵＦｅｎｇ４，ＬＩＭｉｎｇｔａｏ４１ＢｒｅｅｄｉｎｇＢａｓｅｆｏｒＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＬａｎｄＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＲｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｉｎＮｏｒｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａ，ＮｉｎｇｘｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ７５００２１，Ｃｈｉｎａ２ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＲｅｓｔｏｒａｔｉｏｎａｎｄＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＤｅｇｒａｄｅｄＥｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎＮｏｒｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＮｉｎｇｘｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ７５００２１，Ｃｈｉｎａ３ＮｉｎｇｘｉａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇＳｕｒｖｅｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ７５００２１，Ｃｈｉｎａ４ＮｉｎｇｘｉａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓＳｕｒｖｅｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ７５００２１，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｏｗｔｈｅｇｒｏｓｓｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ（ＧＰＰ）ａｎｄｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ（ＥＴ）ｏｆｔｈｅｐｌａｎｔｅｄｓｈｒｕｂｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎｄｅｓｅｒｔｓｔｅｐｐｅａｒｅａｓｒｅｓｐｏｎｄｓｔｏｇｌｏｂａｌｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｉｓｎｏｔｏｎｌｙａｋｅｙｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｐｒｏｂｌｅｍｏｆｇｌｏｂａｌｃｈａｎｇｅｅｃｏｌｏｇｙ，ｂｕｔａｌｓｏｒｅｌａｔｅｓｔｏｔｈｅｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｅｇｉｏｎａｌｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｉｎａｒｉｄａｎｄｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄａｒｅａｓ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｓｃｅｎａｒｉｏｓａｎｄｆｕｔｕｒｅｔｒｅｎｄｓ，ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｕｓｅｄｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｄａｔａｔｏｄｒｉｖｅｔｈｅＢｉｏｍｅ⁃ＢＧＣｍｏｄｅｌ．ＴｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆＧＰＰａｎｄＥＴｏｆｔｈｅｐｌａｎｔｅｄｓｈｒｕｂｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｄｅｓｅｒｔｓｔｅｐｐｅａｒｅａｏｆＹａｎｃｈｉｃｏｕｎｔｙｔｏｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：（１）ａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｉｎｇｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｈｉｂｉｔｓｔｈｅＧＰＰｏｆｔｈｅｅｃｏｓｙｓｔｅｍ．Ｈｉｇｈ⁃ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ６１５３㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４４卷㊀ｗａｒｍｉｎｇ（３ħ）ｌｅａｄｓｔｏａｓｈａｒｐｄｅｃｌｉｎｅｉｎＧＰＰ，ｂｕｔｔｈｅｉｎｈｉｂｉｔｏｒｙｅｆｆｅｃｔｏｆｗａｒｍｉｎｇｏｎＥＴｉｓｖｅｒｙｗｅａｋ．（２）ＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｓａｃｒｉｔｉｃａｌｆａｃｔｏｒｌｉｍｉｔｉｎｇｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆＥＴ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆＥＴｃａｕｓｅｄｂｙｄｒｏｕｇｈｔｓｔｒｅｓｓｕｎｄｅｒｒｅｇｉｏｎａｌｗａｒｍｉｎｇ，ｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｈｅＥＴᶄｓｍａｇｎｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅｅｃｏｓｙｓｔｅｍｍｏｒｅｄｉｒｅｃｔｌｙ．（３）ＴｈｅｗａｒｍａｎｄｈｕｍｉｄｃｌｉｍａｔｅａｎｄｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅｗｉｌｌｈａｖｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｆｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅｅｃｏｓｙｓｔｅｍａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｌｙｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｆｌｕｘｏｆｃａｒｂｏｎａｎｄｗａｔｅｒｂｅｔｗｅｅｎｌａｎｄａｎｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｂａｓｉｓｆｏｒｈｕｍａｎｔｏａｄａｐｔｔｏｇｌｏｂａｌｃｈａｎｇｅｓｉｎａｒｉｄａｎｄｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄａｒｅａｓａｎｄｆｏｒｌｏｃａｌｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔｓｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｐｏｌｉｃｉｅｓ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｐｌａｎｔｅｄｓｈｒｕｂｅｃｏｓｙｓｔｅｍ；Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣｍｏｄｅｌ；ｇｒｏｓｓｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ；ｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅ；Ｙａｎｃｈｉｃｏｕｎｔｙ当前气候变化对陆地生态系统的影响愈加复杂，一方面因温室气体排放增加引起的气温上升，会改变植物生长和发育的环境条件并引发干旱胁迫［１］，另一方面ＣＯ２的施肥作用又增强了生态系统的生产力［２］，因ＣＯ２浓度升高引起的水文循环强迫，又会影响到干旱区生态系统的植被格局与过程［３］，最终对生态系统的碳水循环产生深远影响［４ ５］㊂干旱半干旱区占全球４１％的陆地表面，草地是这一区域中最主要的生态系统类型，强烈的人类活动和气候变化对干旱区草地的生态系统过程影响显著［６］㊂气候变化通过改变植物碳输入和微生物代谢过程来影响草地生态系统的碳储量［７］，因此，模拟不同气候变化情景下草地生态系统的碳水通量响应，对理解干旱区生态系统过程的未来变化至关重要［８］㊂近２０年来气候学领域的进展为全球变化模拟研究提供了新途径，世界气候研究计划组织的耦合模式比较计划（ＣＭＩＰ）得到了国际社会的高度认可［３］，其中，基于ＣＭＩＰ５排放情景模拟未来陆地生态系统的碳水通量是其重要应用领域，如康满春等［９］根据ＣＭＩＰ５中的ＲＣＰ４．５和ＲＣＰ６．０排放情景，研究了中国北方杨树人工林碳水通量对气候变化的响应㊂最新发布的ＣＭＩＰ６气候模式在分辨率等方面有进一步提升［１０］，其基于不同的共享社会经济路径（ＳＳＰｓ）及最新的人为排放趋势，提出了新的预估情景［１１］，能更好地衡量不同社会经济发展模式与气候变化风险的关系，并在生态系统过程模拟中得到了应用，如孙倩等［１２］基于ＣＭＩＰ６气候情景数据驱动Ｄａｙｃｅｎｔ模型，分析了２０１５ ２１００年甘肃草地生态系统碳收支未来的时空特征和影响因素；桑春云等［１３］利用ＣＭＩＰ６中加拿大地球系统模式（ＣａｎＥＳＭ５）数据分析了三江源地区的作物参考蒸散（ＥＴ０）变化特征及在未来不同情景下的变化㊂在沙化㊁退化荒漠草原区，人工种植耐旱灌木进行防风固沙是中国西北重要的生态治理措施，这一措施在荒漠草原区形成的大量人工灌丛成为区域重要的生态系统类型和景观结构，该生态系统受人类活动干扰强烈，已引起科学界广泛关注［１４ １７］㊂但在全球气候变化背景下，荒漠草原区人工灌丛的碳水循环过程如何变化尚需开展模拟研究，特别是厘清其在不同气候变化模式和社会经济发展路径下的响应规律，对理解该人工生态系统的可持续性和稳定性至关重要，其不仅具有重要的科学意义，而且对干旱半干旱区生态治理具有指导价值㊂为此，本文以宁夏盐池荒漠草原区中间锦鸡儿（Ｃａｒａｇａｎａｌｉｏｕａｎａ）人工灌丛为例，利用联合国政府间气候变化专门委员会（ＩＰＣＣ）第六次气候变化评估报告中提出的五种ＳＳＰｓ，结合盐池的降水㊁气温等变化情景，在生物群区生物地球化学循环（Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ）模型中模拟总初级生产力（ＧＰＰ）和蒸散（ＥＴ）对未来气候变化的响应，以期揭示其生态过程的响应机制，为荒漠草原区应对气候变化提供依据㊂１㊀研究区概况及研究数据和方法１．１㊀研究区概况盐池县位于宁夏回族自治区东部，其幅员辽阔，总面积达６７６９ｋｍ２，最高海拔１９５３ｍ，地形由南到北逐渐降低，气候从半湿润区向半干旱区过渡，植被类型从典型草原向荒漠草原过渡［１８ １９］㊂气候以中温带半干旱大陆性气候为主，盐池气象站记录地近６０年来的年平均气温８．３ħ，年平均降水量在２９７ｍｍ［２０］㊂因处在华东季风气候的末界，全年降水分布不均，夏秋多而冬春少，其中７ ９月的降水量约占全年的６２％［１５］㊂土壤结构松散，渗透性强，易受侵蚀，南部黄土丘陵区主要以黑垆土㊁黄绵土为主，北部风沙区以风沙土和灰钙土为主［２１］㊂盐池县近几十年持续推进防沙治沙㊁造林种草㊁封山育林等生态建设工程，极大地改善了区域植被结构，在荒漠草原区形成约８．９ˑ１０４ｈｍ２以中间锦鸡儿等灌木为优势种的成林人工灌丛景观［１９］㊂１．２㊀模型及驱动数据１．２．１㊀Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型是一种典型的以日尺度为步长的生理生态过程模型［２２］，能够模拟水㊁碳㊁氮在陆地生态系统的植被㊁凋落物和土壤中的存储与流通过程，模型设计遵循物质与能量守恒定律，即进入系统的物质和能量等于留在系统中的物质和能量加上离开系统的物质和能量，具体模拟原理参见文献［２２］㊂模拟过程包括初始化模拟和常规模拟两个阶段，初始化模拟基于设定的生理生态指标，利用大气ＣＯ２浓度㊁氮沉降值和研究区气象数据进行循环，直至模型状态变量㊁碳库和氮库等达到平衡态［２３］，初始化模拟需要需要输入描述站点属性的初始化文件㊁气象数据文件和生理生态参数文件，当模型初始化运行到模拟的年土壤碳储量差异小于０．５ｇＣｍ－２ａ－１就达到了平衡态㊂之后运用被模拟时期的气象资料㊁ＣＯ２含量年际变化数据以及生态生理参数，来实现生态系统碳㊁氮㊁水的存储和通量模拟㊂１．２．２㊀数据来源Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型所需的日尺度气象数据来源于中国气象数据网（ｈｔｔｐ：／／ｄａｔａ．ｃｍａ．ｃｎ／），研究获取了盐池县１９８６ ２０１８年逐日最高温度㊁最低温度及降雨量㊂利用逐日降水㊁气温数据驱动山地小气候模拟模型（ＭＴＣＬＩＭ）模型，模拟获得驱动Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型所需的其他气象指标，大气ＣＯ２浓度数据来源于青海省瓦里关大气本地观测站㊂本文采用ＰＥＳＴ参数优化方法和宁夏大学盐池荒漠草原定位研究站的涡度相关观测数据，对Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型中的２８个生态生理参数进行了优化，各生态生理参数的优化结果及具体取值参照文献［２０］㊂１．３㊀气候变化情景模拟本文分别模拟气温升高㊁降水增加与大气ＣＯ２浓度升高等单一因子和组合变化对生态系统总初级生产力（ＧＰＰ）和蒸散（ＥＴ）的可能影响，以及预测在ＩＰＣＣ第六次气候变化评估报告中的五种ＳＳＰｓ下研究区ＧＰＰ和ＥＴ未来的变化特征㊂１．３．１㊀增温与降水增加的组合情景模拟方案预计到２１世纪末，中国区域气温会增加１．３ ５ħ，北方地区的降水量可能将上升５％ １５％［２４ ２５］㊂因此，本研究基于１９８６ ２０１８年的气温㊁降水和大气ＣＯ２浓度数据，通过设定气温升高１ħ㊁２ħ㊁３ħ和降水增加５％㊁１０％㊁１５％的气候变化幅度，由此构建出包括初始情况（Ｔ０Ｐ０）在内的２个变量组合的１６种变化情景（表１），模拟各情景下研究区ＧＰＰ和ＥＴ的变化㊂表１㊀气候变化情景设计７１５３㊀８期㊀㊀㊀袁洪艺㊀等：人工灌丛总初级生产力和蒸散对气候变化的响应模拟㊀１．３．２㊀未来气候情景设置基于ＩＰＣＣ第六次气候变化评估报告中所提出的五种ＳＳＰｓ［２６］，模拟未来全球变暖和大气ＣＯ２浓度增加对荒漠草原区人工灌丛生态系统ＧＰＰ和ＥＴ的影响㊂在设计模拟情景时，气温与降水以盐池荒漠草原人工灌丛区１９８６ ２０１８年的实际上升率为基准，每２０ａ设置一个增加，ＣＯ２浓度来源于ＩＰＣＣ的预测排放情景（表２）㊂本研究选择五种ＳＳＰｓ中的低排放情景（ＳＳＰ１⁃１．９）㊁中等排放情景（ＳＳＰ２⁃４．５）和高排放情景（ＳＳＰ５⁃８．５），模拟２１世纪早期（２０２１ ２０４０年）㊁中期（２０４１ ２０６０年）和末期（２０８１ ２１００年）荒漠草原区人工灌丛生态系统的ＧＰＰ与ＥＴ变化㊂表２㊀未来气候变化情景设计Ｔａｂｌｅ２㊀Ｓｃｅｎａｒｉｏｓｄｅｓｉｇｎｏｆｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｉｎｆｕｔｕｒｅ年份Ｙｅａｒ增温／ħＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ降水增加／ｍｍＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ共享社会经济路径ＳｈａｒｅｄＳｏｃｉｏ⁃ｅｃｏｎｏｍｉｃＰａｔｈｗａｙｓＣＯ２浓度／（μｍｏｌ／ｍｏｌ）ＣＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ２０２１ ２０４００．４９４９．６３ＳＳＰ１⁃１．９４３３．７９ＳＳＰ２⁃４．５４４８．１４ＳＳＰ５⁃８．５４５８．４７２０４１ ２０６００．９８９９．２６ＳＳＰ１⁃１．９４３６．９４ＳＳＰ２⁃４．５５１０．５５ＳＳＰ５⁃８．５５７３．８１２０８１ ２１００１．９５１９８．５２ＳＳＰ１⁃１．９４０３．９５ＳＳＰ２⁃４．５５９８．０４ＳＳＰ５⁃８．５１０１２．７９２㊀结果和分析图１㊀盐池１９８６—２０１８年气候因子及ＣＯ２浓度变化情况Ｆｉｇ．１㊀ＣｈａｎｇｅｓｏｆｃｌｉｍａｔｉｃｆａｃｔｏｒｓａｎｄＣＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎＹａｎｃｈｉＣｏｕｎｔｙｆｒｏｍ１９８６ｔｏ２０１８２．１㊀盐池荒漠草原区气候变化基本特征盐池荒漠草原人工灌丛区１９８６ ２０１８年的气温㊁降水及ＣＯ２浓度变化特征见图１㊂从中可以看出，研究期内的多年平均气温为１２．４４ħ，最低值出现在１９８６年，为１１．４３ħ，最高值出现在１９９８年，为１３．６３ħ，年平均气温呈波动上升趋势，上升率为０．０２ħ／ａ㊂研究期内的多年平均降水量为２９６．４０ｍｍ，２０１１年为丰水年，年降水量达到最高的４０２．８０ｍｍ，２０００年为极端干旱年份，年降水量仅仅只有１６０．８０ｍｍ，与气温变化趋势一样，年降水量也表现出波动增加的趋势，上升率为２．４８ｍｍ／ａ㊂由于盐池缺乏大气本底ＣＯ２浓度观测，故采用离本地最近的青海省瓦里关大气本底站观测数据来研究本区域ＣＯ２浓度变化，１９８６ ２０１８年间区域ＣＯ２浓度呈极显著上升趋势，年增幅为２．０２μｍｏｌ／ｍｏｌ，其中ＣＯ２浓度在１９８６年为３４０．２３μｍｏｌ／ｍｏｌ，是这一期间的最小值，在２０１８年达到４０７．２８μｍｏｌ／ｍｏｌ，为这一期间的最大值㊂可见，在全球变化背景下，盐池荒漠草原人８１５３㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４４卷㊀工灌丛区表现出了大气ＣＯ２浓度持续增高㊁气候向 暖湿化 演变的基本特征㊂２．２㊀ＧＰＰ和ＥＴ对不同增温与降水增加组合情景的响应基于１９８６ ２０１８年期间的气象数据驱动参数优化后的Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型，模拟了当前大气ＣＯ２浓度背景下１６种增温与降水增加组合情景（含基准情景Ｔ０Ｐ０）的生态系统ＧＰＰ和ＥＴ（表３）㊂结果可以看出，在基准情景下，盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的ＧＰＰ年均值为５３５．５６ｇＣｍ－２ａ－１，灌木入侵会增强原始荒漠草原生态系统的总初级生产力；ＥＴ年均值为２９３．２８ｍｍ，ＥＴ基本与多年平均降水量持平㊂气温的增高会显著抑制荒漠草原区人工灌丛生态系统的ＧＰＰ，当气温增加３ħ后，不同降水情景下的ＧＰＰ平均值为６３．９１ｇＣｍ－２ａ－１，仅为基准情景下的１１．９％，可见气温升高的强烈胁迫可能会导致这种干旱区的人工灌丛生态系统生产力彻底毁灭，极有可能导致人工灌丛完全退化㊂气温的增高也会显著抑制荒漠草原区人工灌丛生态系统的ＥＴ，但增温导致ＥＴ降低的幅度并不大，当气温增加３ħ后，不同降水情景下的ＥＴ平均值为３０５．７７ｍｍ㊂从不同增温与降水增加的组合情景来看，只有降水不变（Ｐ０）且气温增加的情况下，ＥＴ年均值才会比基准情景下（Ｔ０Ｐ０）略微有所降低，其它增温与降水增加组合均会导致ＥＴ增加㊂可见，盐池荒漠草原人工灌丛区在当前气候 暖湿化 变化趋势（图１），尤其是降水增加，会促进生态系统的水分消耗的增强㊂表３㊀不同气候变化情景下盐池荒漠草原区人工灌丛ＧＰＰ和ＥＴ的变化Ｔａｂｌｅ３㊀ＴｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆＧＰＰａｎｄＥＴｏｆｐｌａｎｔｅｄｓｈｒｕｂｉｎｔｈｅｄｅｓｅｒｔｓｔｅｐｐｅｏｆＹａｎｃｈｉＣｏｕｎｔｙｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｓｃｅｎａｒｉｏｓ气候变化情景模拟Ｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｓｃｅｎａｒｉｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ总初级生产力Ｇｒｏｓｓｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ（ＧＰＰ）蒸散Ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ（ＥＴ）１９８６ ２０１８年的总值Ｔｏｔａｌａｍｏｕｎｔ／（ｇＣ／ｍ２）年均值Ａｎｎｕａｌａｖｅｒａｇｅ／（ｇＣｍ－２ａ－１）年均值变化量Ａｍｏｕｎｔｏｆｃｈａｎｇｅ／（ｇＣｍ－２ａ－１）１９８６ ２０１８年的总值Ｔｏｔａｌａｍｏｕｎｔ／ｍｍ年均值Ａｎｎｕａｌａｖｅｒａｇｅ／（ｍｍ／ａ）年均值变化量Ａｍｏｕｎｔｏｆｃｈａｎｇｅ／（ｍｍ／ａ）Ｔ０Ｐ０１７６７３．３２５３５．５６／９６７８．３３２９３．２８／Ｔ０Ｐ１１８２５１．４１５５３．０７１７．５１１０１３３．５９３０７．０８１３．８０Ｔ０Ｐ２１８６８５．６７５６６．２３３０．６７１０５８０．０５３２０．６１２７．３３Ｔ０Ｐ３１８９８２．４３５７５．２３３９．６７１１０２６．７０３３４．１４４０．８６Ｔ１Ｐ０１３４１４．８３４０６．５１－１２９．０５９５９３．８２２９０．７２－２．５６Ｔ１Ｐ１１３５０７．８６４０９．３３－１２６．２３１００３７．７９３０４．１８１０．９０Ｔ１Ｐ２１３３６６．９９４０５．０６－１３０．５０１０４７５．３２３１７．４３２４．１５Ｔ１Ｐ３１３７０４．５５４１５．２９－１２０．２７１０９１６．３９３３０．８０３７．５２Ｔ２Ｐ０６２７０．２８１９０．０１－３４５．５５９５３２．１９２８８．８５－４．４３Ｔ２Ｐ１６２６８．４８１８９．９５－３４５．６１９９７１．０５３０２．１５８．８７Ｔ２Ｐ２６２６６．２８１８９．８９－３４５．６７１０３９２．４２３１４．９２２１．６４Ｔ２Ｐ３６２６７．８５１８９．９３－３４５．６３１０８０２．５１３２７．３５３４．０７Ｔ３Ｐ０２１０９．３８６３．９２－４７１．６４９５０５．２３２８８．０４－５．２４Ｔ３Ｐ１２１０９．１６６３．９１－４７１．６５９８９５．７８２９９．８７６．５９Ｔ３Ｐ２２１０８．７６６３．９０－４７１．６６１０２８６．２０３１１．７０１８．４２Ｔ３Ｐ３２１０８．７０６３．９０－４７１．６６１０６７４．１０３２３．４６３０．１８盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的ＧＰＰ和ＥＴ对增温和降水量增加的响应存在差异（图２）㊂ＧＰＰ明显受控于气温，增温会显著抑制ＧＰＰ，线性斜率显示，气温每增加１ħ，ＧＰＰ会降低１８３．７９ｇＣｍ－２ａ－１㊂ＧＰＰ受降水增加的影响微弱，在基准气温情景下（Ｔ０），降水量增加１５％会导致ＧＰＰ增加３９．６７ｇＣｍ－２ａ－１，但在气温增加３ħ的情景下（Ｔ３），降水量增加不再对ＧＰＰ产生任何影响，由此可见，随着增温幅度的增大，降水量变化对ＧＰＰ的影响越来越微弱（图２）㊂与之相反，ＥＴ明显受控于降水变化，降水增加会显著增强ＥＴ；气温增加只能微弱的抑制ＥＴ，线性斜率显示，气温每增加１ħ，ＥＴ只降低２．６５ｍｍ㊂在基准气温情景下（Ｔ０），降水量增加１５％会导致ＥＴ增加４０．８６ｍｍ；在气温增加３ħ的情景下（Ｔ３），降水量增加１５％依然会导致ＥＴ增加３５．４２ｍｍ（图２）㊂盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的生产力受控于气温，全球气候的变暖对这一生态系统９１５３㊀８期㊀㊀㊀袁洪艺㊀等：人工灌丛总初级生产力和蒸散对气候变化的响应模拟㊀的生产力将会产生致命性打击，极端升温３ħ会摧毁其生物生产过程，导致灌丛生态系统退化；但生态系统的水分消耗受气候变暖的影响不大，这是因为蒸散由土壤蒸发和植物蒸腾共同构成，人工灌丛生产力受损后，地表水分依然能通过土壤蒸发途径输送回大气，即气候变暖会改变人工灌丛生态系统的蒸腾与蒸发比例结构，但对地气水文循环强度的影响不大㊂图２㊀不同增温与降水增加组合情景下的总初级生产力（ＧＰＰ）㊁蒸散（ＥＴ）模拟结果及影响差异Ｆｉｇ．２㊀ＳｉｍｕｌａｔｅｄＧｒｏｓｓＰｒｉｍａｒｙＰｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ（ＧＰＰ），Ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ（ＥＴ），ａｎｄｔｈｅｉｒｖａｒｉａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｅｎａｒｉｏｓｗｉｔｈｃｏｍｂｉｎｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ２．３㊀未来气候变化对人工灌丛生态系统ＧＰＰ和ＥＴ的影响２．３．１㊀未来气候变化对ＧＰＰ的影响在未来的ＳＳＰ１⁃１．９㊁ＳＳＰ２⁃４．５和ＳＳＰ５⁃８．５气候情景下（表２），盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统在２１世纪早期（２０２１ ２０４０年）㊁中期（２０４１ ２０６０年）和末期（２０８１ ２１００年）的年平均ＧＰＰ基本呈现逐渐递增趋势（图３）㊂在低排放的ＳＳＰ１⁃１．９情景下，早期ＧＰＰ年均值与末期ＧＰＰ年均值比较接近，中期ＧＰＰ年均值则达到最大值１１２８．７４ｇＣｍ－２ａ－１，ＧＰＰ出现先增后跌的现象㊂在中等排放的ＳＳＰ２⁃４．５情景下，早期ＧＰＰ年均值为９８０．５６ｇＣｍ－２ａ－１，中期到达１２１９．５４ｇＣｍ－２ａ－１，末期达到１３６２．０９ｇＣｍ－２ａ－１，ＧＰＰ逐渐增强㊂在高排放的ＳＳＰ５⁃８．５情景下，ＧＰＰ也是逐渐增强，且比同时期中等排放情景下的ＧＰＰ略高㊂因此，在未来 暖湿化 增温和降水的增加趋势下，中㊁高排放情景均会导致盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统ＧＰＰ的持续增加，而低排放情景则导致这一生态系统的ＧＰＰ在２１世纪中期达到峰值㊂同时期的三种排放情景间相比，高排放情景下盐池荒漠草原植被生产力的增加幅度更大，即在未来降水量增加㊁气温升高的情景下，大气ＣＯ２浓度升高会对荒漠草原人工灌丛生态系统带来施肥效应，促进其生产力增强（图３）㊂２０２１ ２１００年盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统在不同排放情景下的ＧＰＰ年内变化如图４所示，从中可以看出，不管哪种排放情景和哪一时期，ＧＰＰ在年内都表现出一个规律的单峰增长形态，其年内变化特征０２５３㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４４卷㊀与以往研究得出的该区域历史时期ＧＰＰ年内变化规律一致［２０］㊂在４ １０月的人工灌丛生长期内，５ ９月的ＧＰＰ相对较高，这几个月是人工灌丛生产力最旺盛的月份，其中８月ＧＰＰ达到年内最高值㊂在２１世纪早期，三种排放情景对ＧＰＰ的影响差异较小；２１世纪中期，不同排放情景下ＧＰＰ的差异逐渐显现，即人类活动排放强度逐渐开始对人工灌丛生态系统的生产力产生影响；而到２１世纪末期，中㊁高排放情景会显著增强ＧＰＰ，明显高于低排放情景下的各月ＧＰＰ，即人类活动排放强度对人工灌丛生态系统的生产力影响完全显现㊂图４㊀不同ＳＳＰｓ情景下ＧＰＰ和ＥＴ的年内变化Ｆｉｇ．４㊀ＭｏｎｔｈｌｙＧＰＰａｎｄＥＴｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔＳＳＰｓｓｃｅｎａｒｉｏｓ２．３．２㊀未来气候变化对ＥＴ的影响ＳＳＰ１⁃１．９㊁ＳＳＰ２⁃４．５和ＳＳＰ５⁃８．５气候情景下未来各时期的ＥＴ变化规律如图３所示㊂由图可知，盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统在２１世纪早期㊁中期和末期的年平均ＥＴ值基本呈现逐期递增的趋势㊂在２１世纪早期，ＥＴ在三种排放情景下的年均值模拟结果相差不大，在４３３．３８ ４３４．１４ｍｍ／ａ之间；在２１世纪中期，三种排放情景下的ＥＴ逐渐拉开差距，年均值在５２２．０３ ５４３．４０ｍｍ／ａ之间；在２１世纪末期，中㊁高排放情景与低排放情景下的ＥＴ年均值差异非常明显，高排放情景下的ＥＴ年均值比低排放情景下的ＥＴ年均值高出１１８．５０ｍｍ／ａ（图３）㊂不同排放情景和不同时期的ＥＴ年内变化情况如图４所示，ＥＴ在年内也表现出了和ＧＰＰ一样的变化规律，在４ １０月的生长期内数值较高，尤以５ ９月最为显著㊂与ＧＰＰ不同的是ＥＴ在７月达到最顶峰，这是因为７月份气温最高，土壤蒸发年内最大，而８月份灌生长最为旺盛，植被生产力最大㊂不同排放情景对２１世纪早期的逐月ＥＴ影响不大，到了中期开始有所显现，而到了末期则明显会影响逐月ＥＴ，这一规律与年尺度上的结果一致㊂综上所知，未来在持续增温和降水增加的趋势下，盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的ＧＰＰ和ＥＴ均会持续增加的态势，虽然增温会抑制ＧＰＰ，但降水量的成倍强烈增加依然会促进ＧＰＰ的增加；而人类活动排放强迫对碳水循环的影响需要长时间积累，即在２１世纪早期㊁中期和末期的三个阶段，排放强迫对碳水循环的影响会越来越强㊂１２５３㊀８期㊀㊀㊀袁洪艺㊀等：人工灌丛总初级生产力和蒸散对气候变化的响应模拟㊀２２５３㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４４卷㊀３㊀讨论３．１㊀增温会抑制碳水循环气候变化通过改变陆地生态系统的碳水循环过程，进而影响到生态系统ＧＰＰ分布格局，并改变区域水资源分布状况，引发陆地生态系统对气候变化和ＣＯ２浓度增加等的进一步反馈㊂现有研究表明，增温会对草地生态系统的碳循环产生影响［２７ ２８］，但在不同地区得出结果不尽相同㊂Ｗｕ等［２９］通过Ｍｅｔａ分析得出，增温在大多数情况下对草地生产力产生负面影响㊂但高寒草地的一些研究结果显示，气温升高可以提高草地生产力㊂Ｍｏｗｌｌ等［３０］发现增温并不是简单的对草地生产力产生负面影响，其与降水具有强烈的交互作用，可见，草地生态系统的水分条件在很大程度上决定着增温对其生产力是正面影响还是负面影响㊂盐池荒漠草原区由于沙土的保水能力差，增温会进一步加剧人工灌丛生态系统的干旱胁迫，进而对ＧＰＰ产生抑制作用㊂本研究模拟得出ＧＰＰ随气温上升而降低，即增温会抑制荒漠草原区人工灌丛生态系统的生产力，当气温增加３ħ后，可能会导致人工灌丛生产力彻底奔溃，引起生态系统结构和功能的彻底退化（表３㊁图２）㊂叶兵等［３１］认为气温上升会导致植物叶片内部水汽压的急剧增大，相比于稳定的大气水汽压，两者之间的饱和差会大大增加，进而使得植物的蒸腾作用显著地提高，但在干旱区植物的水分利用策略可能有所不同㊂从模型机理来看，Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ使用Ｆａｒｑｕｈａｒ叶片光合模型模拟ＧＰＰ，由于受到增温的影响，与光合作用有关的酶活性降低，进而对ＧＰＰ产生抑制作用㊂而Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ使用Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ模型模拟水循环过程，在模拟增温条件下，理论上会引起水汽压亏缺增大，土壤蒸发和冠层截留蒸发的动力增强，但增温又会抑制植物的光合过程，减弱植物蒸腾量，进而导致增温有抑制ＥＴ的作用，只是作用非常微弱（图２）㊂增温抑制碳水循环的模拟结果也符合宁夏盐池县的实际，研究区处在半干旱的荒漠草原区，区域气候干旱，多年平均降水量为２９６．４０ｍｍ，而模拟的多年ＥＴ均值为２９３．２８ｍｍ，仅ＥＴ耗水就接近降水供给量，人工灌丛生态系统的总耗水量甚至在一些时期会超过供水量［１７］㊂在这种极限耗水模式下，增温带来的蒸发动力对其促进作用微弱，反而因增温抑制光合，进而减弱蒸腾，并在一定程度上个抑制了生态系统的总ＥＴ㊂虽然Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型基于生态㊁生物及气象等领域长期实验得出的规律，对光合㊁分配㊁死亡㊁分解和呼吸等碳循环过程及降水分配㊁植物蒸腾㊁冠层截留蒸发和土壤蒸发等水循环过程进行定量模拟，具有较强的普适性㊂针对宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的特性，丹杨等［３２］实测和改进了Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型中部分生理生态参数，袁洪艺等［２０］又进一步利用涡度相关通量观测的结果，使用参数估计（ＰＥＳＴ）对模型参数进行优化，这些改进极大地提升了模型本地化效果和模拟精度㊂当然，由于模型是对真实生态过程的定量描述，其从本质上无法完全逼近真实生态过程，因此发展和改进模型机理是提高模拟精度的根本路径，如植物⁃土壤⁃大气间碳交换（ＣＥＶＳＡ）模型改进生态系统水碳交换关键过程的定量表达方法，在模拟陆地生态系统碳循环过程时有优异的表现［３３ ３４］㊂３．２㊀持续的降水增加会加速碳水循环在干旱地区，降水以及由此产生的土壤水分动态是植被变化的主要限制性因素［３５］，强降水事件会通过补给土壤水来促进草地ＧＰＰ［３６］㊂Ｗｕ等［２９］收集了全球８５个站点的观测和模拟实验数据，得出降水增加可以增加光合和呼吸作用，加速生态系统碳水循环过程㊂但是，降水增加的强度和多长时间累积会对生态系统碳水循环过程产生质的改变尚有很大不确定性㊂本研究从当前气候背景下的模拟得出，降水增加会增强荒漠草原区人工灌丛生态系统的ＥＴ，但在增温胁迫条件（１ ３ħ）下，降水增加１５％也不会提升生态系统的生产力㊂在当前气温和和降水增加的线性趋势下（图１），经过近一个世纪的持续气候变化，２１世纪末期将增温１．３１ħ，降水将增加１４４．２４％，这种长时间尺度的降水增加则会彻底加速荒漠草原区人工灌丛生态系统的碳水循环过程，即在未来长期气候变化情景下，降水增加会促进生态系统ＧＰＰ和ＥＴ（图３）㊂从现实情况来看，中国西北地区的 暖湿化 会缓解干旱区的水资源短缺状况，增加土壤可利用水分，增强水资源匮乏区的各类生态系统的生产力，荒漠草原区人工灌丛生态系统也不例外㊂Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型所模拟的生态系统蒸散（ＥＴ）是蒸发（Ｅ）和蒸腾（Ｔ）的总和，气候变化对ＥＴ的影响实质上是对Ｅ和Ｔ影响的累积，康满春等［９］通过模拟气候变化对Ｅ和Ｔ的影响，发现降水增加导致Ｅ和Ｔ均增加，两者叠加后的ＥＴ对降水增加的响应也为正向，这与本研究的结果一致㊂在蒸发动力强盛㊁蒸腾需求大的盐池荒漠草原区，人工灌丛生态系统只有降水和凝结两种水分获取途径，故降水是限制ＥＴ的主要原因，降水的增加势必会增强ＥＴ，从而加速生态系统水循环强度㊂３．３㊀人为ＣＯ２排放增加对碳水循环的影响机制盐池荒漠草原人工灌丛入侵背景下的生态系统碳水循环特征及受气候变化影响已有报道［１４ １５，１７，３７］，但鲜有考虑大气ＣＯ２浓度升高对生态系统碳水循环的影响㊂然而，大气ＣＯ２作为植物光合作用的原料，其浓度升高对植物起着 施肥 作用，能够在短期内促进植被生产力和生物量的增加［３８］㊂本研究根据ＣＭＩＰ６气候情景，模拟了荒漠草原区人工灌丛生态系统ＧＰＰ和ＥＴ对未来大气ＣＯ２浓度升高的响应，从２１世纪早期的模拟结果来看，大气ＣＯ２浓度升高对碳水循环过程的影响均不明显，但随着气候变化的持续发展，在２１世纪中期和末期，碳水循环过程开始显著响应大气ＣＯ２浓度升高，这种响应不仅表现年ＧＰＰ和ＥＴ的总量上，也表现在月ＧＰＰ和ＥＴ的变化上（图３㊁图４），也就是说在区域气候持续 暖湿化 的变化背景下，大气ＣＯ２浓度升高将成为盐池荒漠草原区人工灌丛碳水循环的另一控制因素㊂本研究发现长期的大气ＣＯ２浓度升高会促进生态系统生产力和蒸散耗水的增强，这与前人在不同地区㊁使用不同方法得出的结果一致㊂例如，Ｌｕｏ等利用陆地生物圈模型模拟了大气ＣＯ２浓度对青藏高原ＧＰＰ年际变化和趋势的影响，结果表明，大气ＣＯ２浓度上升的施肥效应会增强植物光合作用和生态系统ＧＰＰ［３９ ４０］㊂在水循环方面，气孔作为蒸散过程中植物与大气进行水碳交换的通道，其开闭程度受控于植物生理和相关环境要素㊂一些植物的气孔导度会随着大气ＣＯ２浓度的升高而降低，导致蒸腾减少；也有一些植物总的叶面积会随着大气ＣＯ２浓度的升高而增加，从而抵消因气孔导度下降引起的蒸腾减少［４０ ４１］㊂本研究发现，ＥＴ对长期的大气ＣＯ２浓度升高有响应，但其机制仍然不明㊂一方面，在气候持续 暖湿化 背景下，人工灌丛植被光合生产增强确实加速了植被蒸腾过程；另一方面 暖湿化 导致的降水量增加，引起土壤蒸发加大，这一过程与大气ＣＯ２浓度升高趋势同步，但这种同步不存在内在驱动机制㊂４㊀结论基于参数优化后的Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型，考虑不同气候变化情景和未来趋势，模拟了盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统ＧＰＰ和ＥＴ对气候变化的响应，得出结论如下：（１）增温会显著抑制生态系统的ＧＰＰ，大幅度的增温（３ħ）会导致ＧＰＰ急剧下降，但增温对ＥＴ的抑制作用非常微弱；（２）降水是限制ＥＴ变化的重要因素，相对于增温诱发干旱胁迫所引起的ＥＴ小幅下降，降水多寡则更直接地控制着生态系统的ＥＴ大小；（３）中国西北地区未来气候的 暖湿化 趋势和大气ＣＯ２浓度升高会对荒漠草原区人工灌丛生态系统产生综合影响，并增强生态系统的碳水通量㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀ＰｉａｏＳＬ，ＷａｎｇＸＨ，ＰａｒｋＴ，ＣｈｅｎＣ，ＬｉａｎＸ，ＨｅＹＥ，ＢｊｅｒｋｅＪＷ，ＣｈｅｎＡＰ，ＣｉａｉｓＰ，ＴøｍｍｅｒｖｉｋＨ，ＮｅｍａｎｉＲＲ，ＭｙｎｅｎｉＲＢ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｄｒｉｖｅｒｓａｎｄｆｅｅｄｂａｃｋｓｏｆｇｌｏｂａｌｇｒｅｅｎｉｎｇ．ＮａｔｕｒｅＲｅｖｉｅｗｓＥａｒｔｈ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１９，１（１）：１４⁃２７．［２］㊀ＡｈｌｓｔｒöｍＡ，ＲａｕｐａｃｈＭＲ，ＳｃｈｕｒｇｅｒｓＧ，ＳｍｉｔｈＢ，ＡｒｎｅｔｈＡ，ＪｕｎｇＭ，ＲｅｉｃｈｓｔｅｉｎＭ，ＣａｎａｄｅｌｌＪＧ，ＦｒｉｅｄｌｉｎｇｓｔｅｉｎＰ，ＪａｉｎＡＫ，ＫａｔｏＥ，ＰｏｕｌｔｅｒＢ，ＳｉｔｃｈＳ，ＳｔｏｃｋｅｒＢＤ，ＶｉｏｖｙＮ，ＷａｎｇＹＰ，ＷｉｌｔｓｈｉｒｅＡ，ＺａｅｈｌｅＳ，ＺｅｎｇＮ．Ｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｒｏｌｅｏｆｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｉｎｔｈｅｔｒｅｎｄａｎｄｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｌａｎｄＣＯ２ｓｉｎｋ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１５，３４８（６２３７）：８９５⁃８９９．［３］㊀ＣｕｉＪＰ，ＰｉａｏＳＬ，ＨｕｎｔｉｎｇｆｏｒｄＣ，ＷａｎｇＸＨ，ＬｉａｎＸ，ＣｈｅｖｕｔｕｒｉＡ，ＴｕｒｎｅｒＡＧ，ＫｏｏｐｅｒｍａｎＧＪ．ＶｅｇｅｔａｔｉｏｎｆｏｒｃｉｎｇｍｏｄｕｌａｔｅｓｇｌｏｂａｌｌａｎｄｍｏｎｓｏｏｎａｎｄｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｎａＣＯ２⁃ｅｎｒｉｃｈｅｄｃｌｉｍａｔｅ．ＮａｔｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２０２０，１１：５１８４．［４］㊀ＺｅｎｇＺＺ，ＰｉａｏＳＬ，ＬｉＬＺＸ，ＷａｎｇＴ，ＣｉａｉｓＰ，ＬｉａｎＸ，ＹａｎｇＹＴ，ＭａｏＪＦ，ＳｈｉＸＹ，ＭｙｎｅｎｉＲＢ．Ｉｍｐａｃｔｏｆｅａｒｔｈｇｒｅｅｎｉｎｇｏｎｔｈｅｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｗａｔｅｒｃｙｃｌｅ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｍａｔｅ，２０１８，３１（７）：２６３３⁃２６５０．［５］㊀ＲｅｉｃｈＰＢ，ＨｏｂｂｉｅＳＥ，ＬｅｅＴＤ，ＲｉｃｈＲ，ＰａｓｔｏｒｅＭＡ，ＷｏｒｍＫ．Ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃｅｆｆｅｃｔｓｏｆｆｏｕｒｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｄｒｉｖｅｒｓｏｎｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｃａｒｂｏｎｃｙｃｌｉｎｇ．ＮａｔｕｒｅＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅ，２０２０，１３（１２）：７８７⁃７９３．［６］㊀ＬｉＣＪ，ＦｕＢＪ，ＷａｎｇＳ，ＳｔｒｉｎｇｅｒＬＣ，ＷａｎｇＹＰ，ＬｉＺＤ，ＬｉｕＹＸ，ＺｈｏｕＷＸ．ＤｒｉｖｅｒｓａｎｄｉｍｐａｃｔｓｏｆｃｈａｎｇｅｓｉｎＣｈｉｎａᶄｓｄｒｙｌａｎｄｓ．ＮａｔｕｒｅＲｅｖｉｅｗｓＥａｒｔｈ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０２１，２（１２）：８５８⁃８７３．［７］㊀ＢａｉＹＦ，ＣｏｔｒｕｆｏＭＦ．Ｇｒａｓｓｌａｎｄｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ：ｃｕｒｒｅｎｔｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ，ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ，ａｎｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０２２，３７７（６６０６）：６０３⁃６０８．３２５３㊀８期㊀㊀㊀袁洪艺㊀等：人工灌丛总初级生产力和蒸散对气候变化的响应模拟㊀。
浙江理工大学学报,第51卷,第1期,2024年1月J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t yD O I :10.3969/j.i s s n .1673-3851(n ).2024.01.007收稿日期:2023-04-04 网络出版日期:2023-06-07基金项目:国家自然科学基金项目(22078305);浙江省自然科学基金项目(L Q 22B 060014);国家级大学生创新创业训练计划项目(202110338018)作者简介:潘毕成(1998- ),男,安徽安庆人,硕士研究生,主要从事辐射制冷方面的研究㊂通信作者:易玲敏,E -m a i l :l m yi @z s t u .e d u .c n 被动式日间辐射制冷超疏水涤纶织物的制备及其性能潘毕成,张佳文,杨孝全,蔡 英,易玲敏(浙江理工大学,a .纺织科学与工程学院(国际丝绸学院);b .生态染整技术教育部工程研究中心;c .先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,杭州310018) 摘 要:为了获得具有制冷性能的超疏水织物,利用含氟硅烷和环氧硅烷对S i O 2粒子进行改性,通过浸涂的方式将改性粒子整理到涤纶织物上,并喷涂聚二甲基硅氧烷交联成膜;对整理前后涤纶织物的表面形貌和结构进行分析,探究不同涂覆量下有机-无机复合涂层织物的光谱特性,并考察复合涂层织物的制冷性能和疏水性能㊂结果表明:当涂覆量为29.67m g/c m 2时,复合涂层织物的太阳光反射率为94.3%,中红外发射率为91.2%;在户外太阳直射下,相比原始涤纶织物最高可降温度为2ħ,比测试箱体内环境温度最高可降温8.2ħ;复合涂层织物的静态水接触角为151.4ʎ,滚动角为6.1ʎ;经过100次摩擦后,静态水接触角下降至147.8ʎ㊂该超疏水织物具有优异的自清洁性能和较好的耐摩性,在高温节能㊁辐射制冷领域具有广阔的应用前景㊂关键词:被动式日间辐射制冷;二氧化硅;涂层;涤纶;超疏水中图分类号:T S 195.5文献标志码:A文章编号:1673-3851(2024)01-0055-08引文格式:潘毕成,张佳文,杨孝全,等.被动式日间辐射制冷超疏水涤纶织物的制备及其性能[J ].浙江理工大学学报(自然科学),2024,51(1):55-62.R e f e r e n c e F o r m a t :P A N B i c h e n g ,Z H A N G J i a w e n ,Y A N G X i a o q u a n ,e t a l .P r e pa r a t i o n a n d p e r f o r m a n c e o f s u p e r h y d r o p h ob ic p o l y e s t e r f a b r i c s f o r p a s s i v ed a y t i me r a d i a t i v e c o o l i n g [J ].J o u r n a l of Z h e j i a ng S c i -T e ch U ni v e r s i t y,2024,51(1):55-62.P r e p a r a t i o n a n d p e r f o r m a n c e o f s u p e r h y d r o p h o b i c p o l ye s t e rf a b r i c s f o r p a s s i v e d a y t i m e r a d i a t i v e c o o l i n gP A N B i c h e n g ,Z H A N G J i a w e n ,Y A N G X i a o q u a n ,C A I Y i n g ,Y I L i n gm i n (a .C o l l e g e o f T e x t i l e S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g (I n t e r n a t i o n a l I n s t i t u t e o f S i l k );b .E n g i n e e r i n gR e s e a r c h C e n t e r f o r E c o -D y e i n g &F i n i s h i n g o f T e x t i l e s ,M i n i s t r y of E d u c a t i o n ;c .K e y L a b o r a t o r y o f A d v a n c e d T e x t i l e M a t e r i a l s a n d M a n u f a c t u r i ng T e ch n o l o g y,M i n i s t r y o f E d u c a t i o n ,Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y ,H a n gz h o u 310018,C h i n a ) A b s t r a c t :T o o b t a i n s u p e r h y d r o p h o b i c f a b r i c s w i t h p a s s i v e d a y t i m e r a d i a t i v e c o o l i n g pe rf o r m a n c e ,S i O 2p a r t i c l e s m o d i f i e d w i t h f l u o r o s i l o x a n e a n d e p o x y s i l o x a n e w e r e u s e d t o c o a t t h e p o l y e s t e r f a b r i c v i a d i p p i ng .Th e n p o l y di m e t h y l s i l o x a n e w a s s p r a ye d o n t h e m t of o r m a c r o s s -l i n k e d s t r u c t u r e .T h e m o r p h o l og y a n d ch e mi c a l s t r u c t u r e o f p o l y e s t e r f a b r i c s b e f o r e a n d a f t e r m o d i f i c a t i o n w e r e a n a l yz e d ,a n d t h e s p e c t r a l c h a r a c t e r i s t i c s o f o r g a n i c -i n o r g a n i c c o m p o s i t e c o a t e d f a b r i c s w i t h d i f f e r e n t c o a t i n g am o u n t s w e r e i n v e s t i g a t e d .M e a n w h i l e ,t h e c o o l i n g p e r f o r m a n c e a n d h y d r o p h o b i c p r o p e r t y o f t h e c o a t e d p o l ye s t e rf a b r i c s w e r e a l s o s t u d i e d .T h e r e s u l t s s h o w t h a t w h e n t h e c o a t i ng a m o u n t o f p o l y e s t e r f a b r i c i s 29.67m g/c m 2,t h e s o l a r r e f l e c t a n c e r e a c h e s 94.3%,a n d t h e m i d d l e i n f r a r e d e m i s s i v i t y ac h i e v e s 91.2%.I nd i re c t s u n l i g h t ,t h e c o a t e d p o l y e s t e rf a b r i c r e a l i z e s a n e f f i c i e n t t e m p e r a t u r e r e d u c t i o n o f 8.2ħc o m pa r e d w i t h t h e a mb i e n t t e m p e r a t u r e i n s i d e t e s tc h a m b e r ,a nd h a s a l o we r t e m p e r a t u r e of 2ħc o m pa r e d w i t h t h ep r i s t i n e p o l y e s t e r f a b r i c.T h e s t a t i c w a t e r c o n t a c t a n g l e o f t h e c o m p o s i t e c o a t e d f a b r i c i s151.4ʎa n d t h e r o l l i n g a n g l e i s6.1ʎ;a f t e r100r u b s,t h e s t a t i c w a t e r c o n t a c t a n g l e d r o p s t o147.8ʎ.T h e s u p e r h y d r o p h o b i c f a b r i c h a s e x c e l l e n t s e l f-c l e a n i n g p r o p e r t i e s a n d g o o d a b r a s i o n r e s i s t a n c e,a n d h a s b r o a d a p p l i c a t i o n p r o s p e c t s i n t h e f i e l d o f h i g h t e m p e r a t u r e e n e r g y s a v i n g a n d r a d i a t i v e c o o l i n g.K e y w o r d s:p a s s i v e d a y t i m e r a d i a t i v e c o o l i n g;S i O2;c o a t i n g;p o l y e s t e r;s u p e r h y d r o p h o b i c0引言温室气体大量排放,城市热岛效应加剧,高温天气频发,对户外游玩人员㊁建筑及公共设施等均产生了严重影响㊂传统户外纺织品并不足以抵消热量给人体带来的危害,因此亟须开发新型户外制冷纺织品以保护户外人员免受高温伤害㊂被动式日间辐射制冷(P a s s i v e d a y t i m e r a d i a t i v e c o o l i n g,P D R C)技术无需能量输入,通过反射太阳光(波长为0.3~ 2.5μm),同时将热量从红外大气窗口(波长为8~13μm)发射到外部空间实现物体表面的自发冷却[1]㊂近年来,研究者们将P D R C技术应用到织物上,制备具有降温或制冷功能的P D R C纺织品㊂Z h a n g等[2]根据S i O2在大气窗口具有高发射率的特点,在普通涤纶布上原位生长一层S i O2粒子,使其具有良好的P D R C性能㊂Z e n g等[3]通过分级结构的设计,制备了复合超细纤维编织的超材料织物,该超材料织物的太阳光反射率达92.4%㊁中红外发射率达94.5%㊂S o n g等[4]制备了一种聚合物基的纳米光子织物,该织物覆盖的皮肤表面温度相比传统织物低3.1~3.5ħ㊂尽管已有一些关于P D R C 纺织品的研究,但P D R C纺织品仍存在降温不够㊁服用性能差等问题;此外,户外纺织品在使用过程中不可避免地会遇到降尘㊁雨水等而被沾污[5],影响其降温性能㊂因此,开发具有自清洁性能和高制冷性能的P D R C纺织品具有重要意义㊂超疏水表面通常具有自清洁性能,将表面微纳复合结构与低表面能材料结合可获得超疏水表面㊂聚二甲基硅氧烷(P D M S)具有较低的表面能,是用于构建超疏水表面的常用材料[6-7],在8~13μm的中红外波段具有很高的发射率[8-9]㊂S i O S i结构的S i O2是用于构建粗糙表面的理想材料,且在大气窗口存在声子-极化子共振,有助于提高中红外波段的发射率[10-12]㊂此外,尺寸合适的S i O2具有很强的粒子散射效果,在太阳光谱范围内具有很高的反射率[13-14]㊂本文针对户外P D R C纺织品在使用过程中易被沾污而影响降温性能的问题,使用含氟改性S i O2与P D M S复合,采用浸涂㊁喷涂相结合的方式整理到涤纶织物表面,在织物表面构建具有低表面能㊁粗糙结构的太阳光高反射㊁中红外高发射涂层,制备具有良好降温性能的超疏水织物㊂分析整理前后织物的表面形貌和化学结构,考察涂覆量对复合涂层织物光谱特性的影响规律,并对复合涂层的制冷性能和超疏水性能进行探究,以获得具有较高冷却效果的超疏水涤纶织物,为户外降温织物的制备提供新的设计思路㊂1实验部分1.1实验材料S i O2购自东莞市鑫惟进实业有限公司,氢氧化钠(N a O H)㊁四氢呋喃(T H F)和无水乙醇购自杭州高晶精细化工有限公司,全氟辛基三乙氧基硅烷(F A S)购自广州远达新材料有限公司,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(K H-560)和罗丹明B购自上海麦克林生化科技有限公司,聚二甲基硅氧烷(P D M S)购自道康宁公司,涤纶织物(P E T)购自广州美龙达环保材料有限公司㊂1.2涤纶织物的表面刻蚀用无水乙醇和去离子水依次清洗原始涤纶织物(3c mˑ3c m)30m i n以去除杂质,将清洁后的涤纶织物浸入质量分数为300g/L的N a O H溶液中30m i n,浸泡后的涤纶织物用大量的水清洗,并在80ħ下干燥,最后得到化学蚀刻的涤纶织物(H-P E T)㊂1.3改性S i O2分散液的制备将2.5g S i O2粒子均匀分散在50m L去离子水中,磁力搅拌30m i n后,依次向分散液中加入1.0g F A S和0.5g K H-560,室温条件下磁力搅拌24h,得到改性S i O2分散液㊂1.4被动式日间辐射制冷超疏水涤纶织物的制备将H-P E T浸入改性S i O2分散液中,在80ħ烘箱中干燥;随后将含有P D M S的T H F溶液(质量分数为15%)采用喷涂的方式喷涂到涤纶织物上,烘干后便得到具有辐射制冷功能的超疏水涤纶织物(S P-P E T)㊂65浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷1.5 测试方法与表征1.5.1 红外光谱测试通过傅里叶红外光谱仪(F T -I R ,N i c o l e t 5700型,美国热电公司)分析整理前后涤纶织物的化学结构,扫描范围为500~4000c m -1㊂1.5.2 X 射线光电子能谱测试采用X 射线光电子能谱仪(X P S ,K -A l p h a ,美国赛默飞公司)分析整理前后涤纶织物表面化学组成和元素含量分析㊂1.5.3 形貌表征采用扫描电子显微镜(S E M ,S U 8100型,日立公司)观察整理前后涤纶织物的表面形貌㊂1.5.4 涂覆量计算称量整理前涤纶织物(3c mˑ3c m ),记录其质量W 1,称量由上述方法制备得到的S P -P E T ,记录其质量W 2㊂涂覆量根据式(1)计算:G =W 2-W 1A (1)其中:G 为涂覆量,m g /c m 2;W 1㊁W 2为整理前后涤纶织物质量,m g;A 为涤纶织物的表面积,c m 2㊂1.5.5 光谱性能测试反射率测试:采用配有B a S O 4积分球的紫外可见分光光度仪(U V -2600,日本岛津)进行测试,设定测试波长范围为200~800n m ㊂发射率测试:采用配有金积分球的傅里叶红外光谱仪(布鲁克5700型)进行测试,设定测试波长范围为2.5~16.0μm ㊂1.5.6 P D R C 性能测试使用实验室自制辐射制冷装置对原始织物㊁整理后织物及环境温度进行降温测试㊂该装置整体由泡沫盒组成,盒子外部贴有一层铝箔,装置顶部覆盖有一层低密度聚乙烯薄膜,用来抑制热对流和热传导㊂使用热电偶(P T -100)和温度记录仪(S I N -R 200F)实时监测样品及环境温度变化;使用辐照计(F Z -A )对实时太阳辐照强度进行测量;实时风速和环境相对湿度由空气流量风速计(G M 8902)和自动温湿度记录仪(T H 20R -E X )测量;使用红外热成像仪(F l u k e T i 400,A m e r i c a)拍摄整理后涤纶织物实际户外降温情况㊂1.5.7 接触角测试采用视频接触角张力仪D S A -100对整理前后涤纶织物进行润湿性测试,水滴体积为1.5μL ,测量织物5个不同位置的数值,取平均值㊂1.5.8 摩损性能测试摩损测试根据‘耐摩擦色牢度:A A T C C 摩擦测试仪法“(A A T C C 8-2007)中的摩损方式进行㊂使用纯涤纶布作为耐摩材料搭档,将样品固定在不锈钢柱上,并以92k P a 的负载压力反复移动100次(移动距离为20c m ),测试摩擦前后样品织物接触角变化来表征整理后涤纶织物的耐摩损性能㊂1.5.9 透气性能测试采用数字式透气量仪(Y G 461E )对整理前后涤纶织物进行透气性测试,测量织物5个不同位置的数值,取平均值㊂2 结果与讨论2.1 有机-无机复合涂层织物的表面化学组成 S i O 2改性前后红外谱图如图1(a )所示,改性后的S i O 2在1200c m -1和960c m -1处出现了新的吸收峰,分别对应C F 键的伸缩振动和S iO H 键的弯曲振动;906c m -1出现了代表 C H (O )C H的特征峰[15],表明S i O 2改性成功㊂原始涤纶织物和整理后涤纶织物的红外谱图如图1(b)所示㊂原始涤纶织物1712c m -1处的峰对应于羰基的伸缩振动,1408c m -1和1336c m -1处的峰对应于苯环的振动吸收,在涤纶织物表面浸渍改性S i O 2和喷涂P D M S 后,整理后的涤纶织物在1240c m -1和1088c m -1处出现了新的吸收峰(见图1(b)),分别对应于C F 键和S i O S i 键的伸缩振动㊂图1(c)是整理前后涤纶织物的X P S 谱图,织物表面元素含量分析如表1所示㊂图1(c)和表1显示:原始涤纶织物表面只存在C 和O 元素,而整理后的织物表面出现了F 和S i 两种元素,含量分别为22.59%和10.32%㊂以上结果表明含氟改性的S i O 2和P D M S 已经成功涂覆到涤纶织物上㊂2.2 有机-无机复合涂层织物的表面形貌 对原始涤纶织物和整理后涤纶织物的形貌进行分析,结果如图2所示㊂由图2可知:原始涤纶织物表面光滑,单根纤维清晰可见,经过改性S i O 2/P D M S 涂覆的涤纶织物,纤维表面被覆盖了大量粒子,粒子表面被聚合物P D M S 所包裹,P D M S 交联的作用增强了粒子与纤维间的附着力;当涂覆量为10.56m g/c m 2时,涤纶织物的纤维表面附着了改性S i O 2粒子,且纤维仍有部分未被覆盖,纤维的整体轮廓清晰;当涂覆量达到29.67m g/c m 2时,大部分涤纶织物被覆盖,纤维表面及纤维与纤维之间均充满了粒子,且粒子没有明显的聚集现象㊂75第1期潘毕成等:被动式日间辐射制冷超疏水涤纶织物的制备及其性能图1 S i O 2改性前后F T -I R 谱图和整理前后涤纶织物的F T -I R 谱图㊁X P S 谱图表1 整理前后涤纶织物表面元素含量元素元素含量/%原始涤纶织物整理后涤纶织物C 74.3628.6N 00.82O 25.6437.67F022.59S i010.322.3 有机-无机复合涂层织物的光谱性能 太阳光谱区域的反射率是影响P D R C 性能的关键因素,为了探究整理前后涤纶织物太阳光反射率的差异以及不同涂覆量对涤纶织物太阳光反射率的影响,本文对两种涤纶织物太阳光反射率进行分析,结果如图3所示㊂图3(a)表明:当涤纶织物由改性S i O 2/P D M S 涂覆整理后,太阳光反射率相较图2 整理前后涤纶织物的S E M 图于原始涤纶织物有明显的提高,原始涤纶织物的太阳光反射率仅为65.5%;随着涂覆量的增加,复合涂层织物的太阳光反射率也随之提高㊂当涂覆量达到21.33m g/c m 2时,反射率达93.3%,进一步提高涂覆量,反射率变化不大;当涂覆量达到29.67m g/c m 2时,反射率达94.3%㊂整理后涤纶织物反射率85浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷图3 涤纶织物的光谱特性曲线的提高主要是由于S i O 2粒子的存在,粒子的添加提高了织物对太阳光的散射效果[16],从而提高了反射率㊂涂覆改性S i O 2/PD M S 可提升涤纶织物的发射率,原始涤纶织物的发射率仅为88.3%,当涂覆量为29.67m g/c m 2时,发射率可达91.2%(见图3(b)),是由于整理后的涤纶织物表面存在大量C F 键和S i O S i 键,在大气窗口内具有较强的吸收振动峰[17],对应着较强的红外吸收能力㊂2.4 有机-无机复合涂层织物的P D R C 性能为了探究涂层织物的P D R C 性能,使用自制P D R C 装置(见图4(a ) (b ))进行测试㊂图4(c)显示了实时的太阳辐照强度,当天为多云天气,辐照强度波动比较大㊂图4(d )为太阳直射条件下整理前后涤纶织物的温度随时间变化的曲线㊂复合涂层织物的温度始终低于箱体内的环境温度和原始涤纶织物的温度,复合涂层织物的温度相比箱体内环境温度可低8.2ħ,相较于原始涤纶织物温度可下降2ħ(见图4(d))㊂整理后的涤纶织物具有高反射率,能够在太阳光区域最大限度地反射阳光,减少热量的吸收,同时因其高发射的特性,能够将热量从大气窗口辐射出去,从而达到较好的制冷效果㊂使用红外热成像仪对复合涂层涤纶织物进行户外降温性能测试㊂测试时间为2023年3月14日,天气晴朗,温度为23ħ,环境相对湿度为59%㊂图5(a ) (b )为织物覆盖在建筑模型屋顶的实物照片和其对应的红外热成像图,裸露的屋顶表面温度达31.3ħ,而覆盖有复合涂层织物的屋顶表面温度仅为25.3ħ,复合涂层织物能够提供6ħ的制冷效果㊂图5(c ) (d)则是织物覆盖在汽车模型的实物照片和红外热成像图,黑色汽车在户外环境下表面温度极高,严重影响其使用寿命,整理后涤纶织物作为户外遮阳纺织品,能够使汽车模型表面温度降低约11.6ħ㊂上述结果表明复合涂层涤纶织物作为户外遮阳纺织品能够在多种场合使用,且具有良好的降温制冷效果㊂2.5 有机-无机复合涂层织物的疏水自清洁性能㊁耐摩性能和透气性能在户外环境下,雨水㊁灰尘和微粒污染物等会沾污涂层表面,从而影响其P D R C 性能㊂为了提高制冷织物的户外使用性,本文采用含氟改性S i O 2粒子和P D M S 相结合,提高织物表面的疏水性能和自清洁性能,不同涂覆量下涤纶织物的疏水性能测试的结果如图6所示㊂图6(a)显示:原始涤纶织物的水接触角为105.4ʎ,改性S i O 2/P D M S 涂覆显著提高了织物的水接触角,且随着涂覆量的增加,水接触角不断提升㊂随着涂覆量的增加,滚动角不断降低,当涂覆量为29.67m g/c m 2时,复合涂层织物的静态接触角达到151.4ʎ,滚动角为6.1ʎ(见图6(b )),其原因是涂覆量的增加,涂层表面能下降,表面粗糙度增加,从而提高了涤纶织物表面的疏水性㊂对整理前后涤纶织物自清洁性能进行测试结果如图7所示㊂从图7可以看出:原始涤纶织物在浸入罗丹明B 水溶液后,织物表面被润湿并染色,而整理后的涤纶织物未被罗丹明B 水溶液润湿,在织物表面并没有观察到明显的着色痕迹;将罗丹明B水溶液滴落在整理前后涤纶织物上,原始涤纶织物表面沾满了颜色,而整理后涤纶织物表面水滴很快地滚落,没有被污染的痕迹㊂以上测试结果均表明复合涂层涤纶织物具有较好的自清洁性能㊂整理前后涤纶织物的耐摩擦性能和透气性能见图8㊂通过观察整理后涤纶织物摩擦100次前后的接触角变化来探究织物的耐摩擦性能,由图8(a)可知,经过100次摩擦后,复合涂层织物的静态水接触角由摩擦前的151.4ʎ下降至147.8ʎ,下降幅度较95第1期潘毕成等:被动式日间辐射制冷超疏水涤纶织物的制备及其性能图4 涤纶织物的P D R C 性能图5 复合涂层织物覆盖于房屋、汽车模型的实物照片和红外热成像图06浙江理工大学学报(自然科学)2024年 第51卷图6不同涂覆量整理后涤纶织物的水接触角和滚动角变化曲线图7整理前后涤纶织物的自清洁效果照片图8复合涂层织物摩擦前后接触角柱状图和整理前后涤纶织物的透气率柱状图16第1期潘毕成等:被动式日间辐射制冷超疏水涤纶织物的制备及其性能小,涂层织物仍保持较强的疏水性能,说明整理后涤纶织物具有较好的耐摩擦性能㊂整理前后涤纶织物的透气性能测试结果如图8(b)所示,原始涤纶织物的透气率达到207.91m m/s,整理后涤纶织物的透气率为49.41m m/s㊂整理后涤纶织物透气率的下降是由于S i O2和P D M S交联成膜后(见图8(b)),堵塞了纤维与纤维之间的部分孔隙㊂3结论本文将改性S i O2粒子和P D M S通过先浸涂再喷涂的方式整理到涤纶织物上,制备得到具有良好降温性能的超疏水涤纶织物;考察整理前后织物的表面形貌和化学结构,分析涂覆量对复合涂层织物光谱特性的影响,并考察了织物的降温性能和疏水性能㊂主要结论如下:a)随着改性S i O2/P D M S涂覆量的增加,复合涂层涤纶织物的太阳光反射率和中红外发射率大幅提高㊂当涂覆量为29.67m g/c m2时,复合涂层织物的太阳光反射率达94.3%,中红外发射率达91.2%㊂b)复合涂层织物相较于原始涤纶织物,温度可下降2ħ,相比于箱体内的环境温度,温度可下降8.2ħ,具有良好的P D R C性能㊂c)随着S i O2/P D M S涂覆量的增加,复合涂层涤纶织物的疏水性能提高㊂当涂覆量为29.67m g/ c m2时,复合涂层织物的静态水接触角达到151.4ʎ,动态角为6.1ʎ,显示出良好的自清洁性能㊂参考文献:[1]R a m a n A P,A b o u A n o m a M,Z h u L X,e t a l.P a s s i v e r a d i a t i v e c o o l i n g b e l o w a m b i e n t a i r t e m p e r a t u r e u n d e rd i re c t s u n l i g h t[J].N a t u r e,2014,515(7528):540-544.[2]Z h a n g Y L,Y u J E.I n s i t u f o r m a t i o n o f S i O2 n a n o s p h e r e s o n c o m m o n f a b r i c s f o r b r o a d b a n d r a d i a t i v e c o o l i n g[J].A C S A p p l i e d N a n o M a t e r i a l s,2021,4(10): 11260-11268.[3]Z e n g S N,P i a n S J,S u M Y,e t a l.H i e r a r c h i c a l-m o r p h o l o g y m e t a f a b r i c f o r s c a l a b l e p a s s i v 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